Prozessuntersuchung: Selektives Lasersintern mit Polyamid 11

Abb. 1: Lasersinter-Formteil aus Polyamid 11

In unserem Technikum für additive Fertigung haben wir auf der Lasersinteranlage MfGPro230 xS des Herstellers XYZ Printing das selektive Lasersintern mit Polyamid 11 untersucht. Auf dieser Anlage des Herstellers XYZ Printing wurde bisher standardmäßig Polyamid 12 verarbeitet.

Abb. 2: DSC-Kurven (1. und 2. Aufheizung) für Polyamid 11 /1/

Prozessoptimierung mittels DSC

Hierzu wurde zunächst eine DSC-Kurve (siehe Abb. 1) aufgenommen, um das Verhalten des Kunststoffs während des Prozesses zu klären. So konnte durch diese Messung ein breites Prozessfenster für die Bauraumtemperatur zwischen 166 °C und maximal 198 °C identifiziert werden. Beim Vergleich der Kristallisationstemperaturen, die die untere Grenze dieses Prozessfensters beschreiben, wurde festgestellt, dass die Temperatur bei Polyamid 11 um 12 °C höher ist als bei Polyamid 12. Da die Oberflächentemperatur des Pulvers während des Bauprozesses oberhalb der Kristallisationstemperatur liegen soll, wurde diese im Vergleich zu Polyamid 12 von 162 °C auf 175 °C erhöht. Durch die Anpassung dieses Prozessparameters war es möglich, die Probekörper für die folgenden Untersuchungen aufzubauen.

Zugversuche von Polyamid 11 bei Raumtemperatur

Abb. 3: Ermittlung der mechanischen Eigenschaften (Zugversuch) von Polyamid 11 /1/

Mechanische Eigenschaften beim selektiven Lasersintern mit Polyamid 11 (PA11)

Zur Überprüfung der mechanischen Eigenschaften wurden Zugversuche durchgeführt. Abb. 2 zeigt hierzu die Ergebnisse dieser Versuche. Die Zugfestigkeit lag im Mittel bei 49,2 MPa. Dieser Wert liegt leicht unter der Herstellerangabe von 52 MPa im trockenen Zustand.

Die Zähigkeit der Bauteile wurde mittels Schlagversuchen nach Charpy untersucht. Bei gekerbten Proben wurde eine mittlere Kerbschlagzähigkeit von 5,16 kJ/m² ermittelt. Vergleicht man diese Werte mit den Herstellerangaben (5,1 kJ/m² im trockenen Zustand), so stellt man eine sehr gute Übereinstimmung fest.

Abschließend wurde das in Abb. 3 dargestellte komplexe Referenzbauteil aufgebaut.

Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass das Material prinzipiell auf der oben genannten Anlage verarbeitet werden kann. Dabei erwärmen sich die Maschine und die Umgebung aufgrund der geforderten höheren Oberflächentemperatur stärker. Je nach Lüftungssituation ist es daher notwendig, eine zusätzliche Kühlung zu installieren. Gegenstand weiterer Untersuchungen sind insbesondere die Maßhaltigkeit und der Verzug der Bauteile.

Gerne unterstützen wir Sie mit unseren Beratungen zu diesem Thema, um gemeinsam die bestmöglichen Lösungen für Ihre individuellen Bedürfnisse zu erarbeiten.

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/1/ Josiah Beck, Studienarbeit, DHBW Stuttgart Campus Horb, 2022.